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宽频带圆极化天线研究与设计

李长江  
【摘要】:作为射频无线通信系统中的前端重要组成部分,天线性能的好坏直接影响整个系统的性能。圆极化天线能够抑制雨雾干扰、抗多径衰落、减缓电离层法拉第旋转效应,因而在卫星通信、电子对抗、射频识别等领域获得广泛应用。随着多功能综合射频系统的快速发展,迫切需要兼容多种通信频段的宽频带天线设计。近年来,具备宽频带工作特性的圆极化天线成为天线微波领域的研究热点。本文结合现代通信的发展趋势,以宽频带圆极化天线为研究对象,对基于多谐振模式的宽频带微带圆极化天线和宽频带单/偶极子组合全向圆极化天线展开研究。作者的主要工作及成果如下:1.对宽频带微带圆极化天线进行了研究,提出了一种具有多谐振模式特性的宽频带微带圆极化天线。基于腔模理论分析构造天线的谐振模式,采用短路柱加载的方法激励起两种微带天线的不同边射谐振模式。通过辐射边耦合将这两种微带天线有效组合,使三种模式对应的谐振频率均匀分布,实现了一款多模宽频带微带天线设计。在此基础上,将所提出的多模宽频带微带天线顺序旋转对称排布,并基于弱耦合机理设计了宽频带馈电网络,对四个天线单元进行等幅,90°相位差激励,进而实现了一种宽频带圆极化微带天线。此外,通过在辐射体周围引入弯折金属边墙,对圆极化天线的方向图进行了优化。实际测试结果表明,该天线实现了96%的阻抗带宽以及86%的3-d B轴比带宽,具有良好的宽频带圆极化性能。2.对宽频带全向圆极化天线进行了研究,提出了一种采用单/偶极子组合结构的宽频带全向圆极化天线。首先通过单极子与偶极子天线分别产生两个正交的极化分量,且两者均具备全向辐射特性。其次,利用单/偶极子空间辐射场波程差设计天线的空间位置与馈电结构,使两者产生的正交极化分量有效叠加形成全向辐射的圆极化波。最后,通过对单/偶极子天线结构进行宽带匹配优化,实现了宽频带全向圆极化天线的设计。实际测试结果表明,该天线具有49.6%的阻抗带宽,35%的3-d B轴比带宽以及不圆度小于1.8 dB。


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